光學元件保持方法、固定方法、保持工具以及加工方法
2023-06-10 02:26:11 3
專利名稱：光學元件保持方法、固定方法、保持工具以及加工方法
技術領域：
本發明涉及用於在專用部件中在進行表面研磨的拋光時，用諸如凹槽板的透鏡保持部件保持諸如照相機透鏡或用於光學設備的透鏡的凹或凸透鏡彎月形透鏡、或帶有光學功能表面(例如反射表面或透射表面)的光學元件的技術。
當對諸如透鏡等的光學功能表面進行研磨或拋光時，所要加工的透鏡藉助粘合被固定和保持在諸如凹槽板的透鏡保持部件上，並藉助研磨/拋光單元進行加工。
如圖4所示，在一種保持部件1中，在容納透鏡2的一個板部分1A上形成了一個突出的保持部分1B，用於保持透鏡的所要加工的表面2B的下表面。一種粘合劑被加到保持部分1B上，並通過加熱保持部件1而被軟化。當粘合劑變軟時，透鏡2被裝到保持部件1(凹槽板)上。
用於照相機或光學設備的透鏡的所要加工的表面，要求微米級的高的表面加工精度。
因此，所要加工的透鏡必須以高的安裝精度被安裝在保持部件上。
在如圖4所示的傳統方法中，保持部件1被加熱到一個預定的軟化溫度，以使加到其上的粘合劑軟化。隨後透鏡被壓在保持部分1B上，從而與粘合劑接觸。透鏡因而藉助粘合劑而被保持部件所固定和保持。當保持部件被加熱到比較高的溫度(粘合劑軟化溫度的約100℃)，保持部件本身經歷了由於加熱和冷卻造成的熱膨脹和收縮，並受到周圍環境的溫度改變的影響。
具體地，需要採取某些應付措施以防止裝在保持部件上的透鏡由於保持部件的高溫的影響而從粘合位置發生移動。
為此，需要用於固位保持粘合的透鏡的專用固位工具。
另外，由於透鏡與保持部件之間的空氣由於來自加熱的保持部件的熱量而被加熱到比較高的溫度，導致了溫度上升和透鏡的熱膨脹。此時，透鏡粘合位置的精度等還發生惡化。
進一步地，透鏡與保持部件之間的空氣發生膨脹，從而藉助其壓力把透鏡從保持部件推起，造成透鏡附著精度的降低。
為了解決上述問題，根據本發明，提供了一種加工期間的光學元件保持方法，用於在諸如透鏡的光學元件的加工期間藉助保持部件保持光學元件，其特徵在於當要用粘合劑並藉助保持部件把光學元件保持在光學元件保持位置時，保持在保持位置的光學元件與保持部件之間的空間與外界空氣連通。
根據本發明的一個方面，提供了一種光學元件固定方法，其特徵在於在保持部件上和之內形成了一種環形的帶狀突出部分和一個通氣孔，該環形帶狀突出部分被加熱至粘合劑的軟化溫度，該粘合劑被加到該環形帶狀突出部分上，一種光學元件被壓在保持部件的突出部分的粘合劑上且所要研磨或拋光的加工面向上，從而把光學元件的下表面與保持部件之間的一個封閉空間中的加熱的空氣通過通氣孔釋放出去，隨後轉動光學元件，且粘合劑被冷卻以把光學元件固定在保持部件上。
根據本發明，還提供了一種光學元件保持工具，它是用於在光學元件的加工期間藉助保持部件保持諸如透鏡的光學元件的部件，其特徵在於提供了一個通氣部分，當要用粘合劑把光學元件保持在保持部件的光學元件保持位置時，保持在保持位置的光學元件與保持部件之間的空間通過該通氣部分與外界空氣連通，從而解決了上述問題。
根據本發明，還提供了一種光學元件保持部件，它是用於把諸如透鏡的多個光學元件粘合到其安裝部分上的工具，從而使光學元件受到研磨、拋光等的加工，其特徵在於提供了用於通過粘合保持各個光學元件的環形帶狀保持位置，用於各個光學元件的安裝部分具有通氣孔，且保持工具的一個轉軸部分具有與各個通氣孔連通的連通孔。
根據本發明的另一個方面，還提供了一種光學元件保持方法，其特徵在於在把將要得到加工的光學元件粘合和固定到一個元件保持部件上，並把光學元件裝到研磨或拋光單元上以加工光學元件時，元件保持部件被加熱以軟化粘合劑，且當將要加工的光學元件要被附著到元件保持部件上時，在元件保持部件與所要加工的光學元件之間的一個封閉空間中的高溫氣體得到排放，從而解決了上述問題。
根據本發明，還提供了加工光學元件的光學表面的一種光學元件加工方法，其特徵在於形成了一個孔，當用粘合劑把光學元件保持在一個保持部件上時，保持部件和藉助粘合而被保持部件保持的光學元件通過該孔而彼此連通，且在光學元件被粘合保持之後，該孔被關閉且光學元件得到加工。
根據本發明，還提供了一種光學元件加工方法，其特徵在於被固定到一個保持部件和被該保持部件保持的一個光學元件具有一個通氣孔，隨後該通氣孔被封閉且一種工作流體並提供至光學元件的光學表面以加工該光學表面，且隨後保持部件被加熱以釋放被粘合固定的光學元件。
從以下對本發明的最佳實施例所進行的描述，本發明的上述之外的其他目的和優點對於本領域的技術人員將變得顯而易見。描述將結合附圖進行，而附圖構成了描述的一部分，並顯示了本發明的一個例子。但這種例子不排除本發明形成各種實施例，因而本發明的描述只由權利要求書確定。
圖1用於說明根據本發明的第一實施例如何把透鏡粘合固定到透鏡保持部件上；圖2用於說明藉助根據本發明的透鏡保持部件的粗研磨；圖3用於說明細研磨和拋光；圖4用於說明傳統的粘合；
圖5用於說明根據本發明的透鏡粘合；圖6是根據第二實施例的透鏡保持部件的平面圖；圖7是沿著圖6的線X-X的剖視圖；圖8是圖7的部分顯示；圖9顯示了透鏡保持部件被裝到一個卡盤上之間的狀態；圖10顯示了透鏡保持部件被固定到卡盤上的狀態；圖11顯示了透鏡保持部件被裝到一個卡盤上之前的狀態；且圖12顯示了透鏡保持部件被固定到卡盤上的狀態。
以下結合附圖描述本發明的最佳實施例。
(第一實施例)圖1顯示了本發明的第一實施例的保持部件1，以及將要被粘合到保持部件1上並被保持部件1保持的透鏡2。
在此實施例中，透鏡2是通過圖2所示的粗研磨工藝和圖3所示的細研磨工藝和拋光工藝製成的。
參見圖1，保持部件1具有一個主體1A、外框1B、透鏡保持突出部分1C、且將要被一個粗研磨單元的一個套爪卡盤(將要在後面描述)所保持的卡盤基準表面1F。
如圖2所示，外框1B在將要用保持部件1保持透鏡2時將透鏡2的外表面定位。
突出部分1C從主體1A的內底表面突出，以形成一個環形帶，且其遠端具有向著外側而升高的傾斜表面。
透鏡2與這種傾斜表面以點(線)接觸的方式得到粘合。
此實施例的透鏡2是彎月形透鏡，它帶有構成凸表面的一個表面和形成凹表面的另一表面。標號2A表示了所要加工的表面；且2B表示了不要加工的表面。
透鏡保持部件1具有在其主體1A上的一個孔1D，它從內側向著外側延伸。
在此實施例中，透鏡2具有10mm至60mm的直徑和10mm至100mm的曲率半徑，並由用於諸如照相機的光學透鏡材料製成。
透鏡保持部件1由不鏽鋼製成。突出部分1C的高度為2.0mm。環形帶狀突出部分1C具有11.5mm的直徑。
通孔1D的直徑為2mm，且主體1A具有6.0mm的厚度標號1E表示一個嚙合凹槽，它與一個杆狀部件(未顯示)嚙合以相對於圖3所示的細研磨工具8A和拋光工具8B轉動和擺動保持部件1。
標號4表示一個杆狀固態粘合劑，它是諸如橡膠樹脂、蠟化合物或瀝青的攪拌材料。
現在描述如何把透鏡2粘合到透鏡保持部件1上。
首先，用加熱單元(未顯示)把透鏡保持部件1加熱到約100℃，這是粘合劑4的軟化溫度。
隨後，粘合劑4的遠端被壓在處於透鏡保持部件1的環形帶狀突出部分1C的遠端的傾斜部分上，從而使軟化的粘合劑4被加到突出部分1C的遠端上。
所要加工的透鏡2的不要加工的表面2B被置於突出部分1C上，並在被輕壓在它上的狀態下被轉動半至一周。
在把透鏡2壓在突出部分1C的過程中，開始時，當突出部分1C被透鏡2所覆蓋時，由透鏡保持部件1的突出部分1C的內部分與透鏡2的不要被加工的表面2B限定的空間W被高溫的透鏡保持部件1加熱而達到一個高的溫度。
封閉的空間W中的空氣由於其溫度上升而膨脹，且置於突出部分1C上的透鏡2沿著從突出部分1C浮起的方向被推起。然而，由於透鏡2被壓在突出部分1C上，空間W中的高溫空氣通過形成在保持部件1上的通孔1D被排放到外界。
由於高溫空氣被從空間W排出，提供了透鏡2的浮起。
當空間W中的高溫空氣被排放時，置於突出部分1C上的透鏡2藉助粘合劑4的粘性而被穩定地定位在突出部分1C上。在此之後，當粘合劑4被冷卻時，透鏡2被精確地保持在保持部件1的安裝/固定位置上。
在透鏡2被粘合到透鏡保持部件1上之後，用一種封閉材料封閉通孔1D。如果通孔1D未被封閉而是保持開放，在研磨/拋光期間，研磨/拋光液體通過通孔1D進入透鏡保持部件1。為了從透鏡保持部件1除去研磨/拋光透鏡2，透鏡保持部件1必須被加熱以再次軟化粘合劑4。在此加熱期間，進入透鏡保持部件1的研磨/拋光液體蒸發形成蒸汽，這有時會腐蝕透鏡2表面。為了防止透鏡2被腐蝕，通孔1D必須被封閉，從而使研磨/拋光液體不能進入透鏡保持部件1。
透鏡2在圖2和3所示的工藝被粗/細研磨和拋光。
參見圖2，透鏡2以圖1所示的工藝被粘合和固定到透鏡保持部件1上，且透鏡保持部件1被裝到粗研磨單元(未顯示)的轉動轉軸部分的卡盤上，從而使被保持部件1保持的透鏡2以可轉動的方式得到保持。
以下結合圖9和10描述用於把保持透鏡2的保持部件1安裝到粗研磨單元(未顯示)的轉動轉軸上的套爪卡盤的結構。
圖9顯示了透鏡保持部件1被裝到卡盤上之前的狀態，且圖10顯示了透鏡保持部件1被固定到卡盤上的狀態。
參見圖9和10，一個套爪卡盤50具有用設置螺絲48固定到粗研磨單元的轉動轉軸46上的套爪卡盤主體52、用諸如樹脂材料的彈性材料製成並將要被插入套爪卡盤主體52中的卡盤部分54、用於把卡盤部分54從套爪卡盤主體52拉出或推入套爪卡盤主體52的一個拉杆56、以及用於使卡盤部分54與拉杆56彼此相連的一個接合部件58。卡盤部分54具有在其周邊上的多個部分上的口54a，以使其遠端能夠被打開/關閉。卡盤部分54的遠端具有一個凹槽54c，用於卡住保持部件1的卡盤基準表面1F。
在具有這種設置的套爪卡盤50中，如圖9所示，當拉杆56被一個手動槓桿(未顯示)向右推出時，卡盤部分54被從套爪卡盤主體52推出，從而使卡盤部分54的一個傾斜表面56b離開套爪卡盤主體52的一個遠端52a。因此，卡盤部分54沿著箭頭A的方向變寬，且相應地凹槽54c也變寬。因此，保持部件1能夠被安裝到卡盤部分54上。
相反地，如圖10所示，當拉杆56被手動槓桿(未顯示)拉向左邊時，卡盤部分54被拉入套爪卡盤主體52，從而使套爪卡盤主體52的遠端52a與卡盤部分54的傾斜表面54b鄰接，且卡盤部分54沿著箭頭B的方向關閉。因此，卡盤部分54的凹槽54c也被關閉，從而使透鏡保持部件1被卡住並被卡盤部分54所固定。
在透鏡保持部件1被帶有上述套爪卡盤的粗研磨單元的轉動轉軸46卡住之後，透鏡2的將要加工的表面2A通過粗研磨工具6的轉動運動進行粗研磨，如圖2所示。
在被粗研磨之後，透鏡2如圖3所示地被細研磨工具8A進行細研磨，並隨後被拋光工具8B拋光。細研磨工具8A和拋光工具8B具有相同的形狀並由不同的材料製成。
例如，細研磨工具8A是附著有鑽石輪的一種工具，且拋光工具8B是附著有聚尿烷的工具。細研磨和拋光採用不同的研磨/拋光流體。
在實際的細研磨/拋光中，如圖3所示，固定到透鏡保持部件1的透鏡2被置於細研磨工具8A或拋光工具8B上。透鏡保持部件1的嚙合凹槽1E支撐細研磨/拋光單元(未顯示)中設置的杆狀可擺動部件的遠端，且透鏡2相對於細研磨工具8A或拋光工具8B擺動/轉動。
當透鏡2被根據上述透鏡保持方法的本實施例的透鏡保持部件1所保持並被上述粗/細研磨和拋光所加工時，它具有良好的精度。
更具體地說，透鏡2的中心部分的厚度在拋光之後的目標設計值是1.70±0.05mm。100個加工的透鏡在實際加工之後的尺寸精度在1.70mm至1.72mm的範圍內，尺寸變化為0.02mm。
以下描述如圖4和5所示的通過測量不同直徑的雙凸透鏡而獲得的結果。
圖4顯示了在透鏡保持部件(凹槽板)上形成通孔的傳統方法，且圖5顯示了其中如本實施例中那樣在保持部件1上形成通孔1D的情況。在這些情況的每一種中，從透鏡保持部件的基準位置至粘合的透鏡的彎曲表面的頂點位置的距離t1或t2得到了測量。
當透鏡直徑是12mm時，如果透鏡保持部件1具有一個通孔1D，尺寸t2的誤差為+0.002mm。如果保持部件1沒有通孔1D，象在傳統方法中，尺寸t1的誤差為+0.22mm。
當透鏡直徑為23mm時，有通孔1D，t2的誤差是+0.005mm。沒有通孔，t1的誤差是+0.38mm。
當透鏡直徑是35mm時，有通孔1D則t2的誤差是+0.003mm。沒有通孔，t1的誤差是+0.45mm。
更具體地說，當以相同的加工條件加工具有相同尺寸的透鏡時，在粘合高度t1和t2之間有220μm和450μm的不同。因此，沒有通孔，透鏡受到了與該不同相應的過度粗/細研磨和拋光。此時，透鏡厚度的減小大體超過了普通透鏡的尺寸t的0.1mm的容差，且所產生的透鏡變為次品。
(第二實施例)圖6至8顯示了其中將要被加工的14個透鏡12A、12B、12C、12D……12N被粘合和固定到一個透鏡保持部件(凹槽板)10上的情況。
圖6是平面圖，顯示了其中將要被加工的14個透鏡12A、12B、12C、12D……12N被固定到透鏡保持部件10的粘合固定表面10A上的情況。
圖7是沿著圖6的線X-X取的剖視圖，且圖8是圖7的主要部分的部分剖視圖。
本實施例的透鏡保持部件10在其透鏡粘合固定表面10A上有14個帶有孔的凹槽10p1、10p2、………10p14，用於固定相應的透鏡。相應的帶孔凹槽具有用於通過粘合保持相應透鏡的環形帶狀突出部分10A、10B(未顯示)、……。
這些環形帶狀突出部分以與第一實施例中相同的方式帶有在它們的遠端的傾斜表面。
各個帶孔凹槽具有在它們的中心位置處的通孔10a、10b、……和10n。
通孔10a至10n與形成在透鏡保持部件10的轉軸部分10X中的中心孔10Y相連。
各個帶孔凹槽的通孔10a、10b……向著中心孔10Y延伸。
在此實施例中，透鏡保持部件10被一個加熱單元加熱至粘合劑的軟化溫度或更高。粘合劑被加到各個帶孔凹槽中的環形帶狀突出部分的遠端上，且所要加工的透鏡依次被壓在遠端上，從而使帶有孔的凹槽10p1、10p2、………10p14中的透鏡限定的空間W中的空氣-它被透鏡保持部件10加熱-通過通孔10a至10n被排放到中心孔10Y。
以下結合圖11和12描述用於把保持部件10安裝到粗研磨單元60的轉動轉軸62上的套爪卡盤64的結構。
圖11顯示了透鏡保持部件10被裝到卡盤上之前的狀態，且圖12顯示了其中透鏡保持部件10被固定到卡盤上的狀態。
參見圖11和12，套爪卡盤64具有用設置螺釘66固定在粗研磨單元60的轉動轉軸62上的套爪卡盤主體68、用諸如樹脂材料和金屬材料的彈性材料製成並將要被插入套爪卡盤主體68的卡盤部分70、用於把卡盤部分70拉出/推入套爪卡盤主體68的拉杆72、以及用於限制拉杆72的止動器74。卡盤部分70具有在其周邊上的多個部分的開口70a，從而使其遠端能夠打開/關閉。卡盤部分70的遠端具有用於卡住透鏡保持部件10的轉軸部分10X的凹槽70c。
在具有這種設置的套爪卡盤50中，如圖11所示，當轉動轉軸62被一個手動槓桿(未顯示)向下拉時，拉杆72的下端與止動器74鄰接以把卡盤部分70從套爪卡盤主體68推出。隨後，卡盤部分70的傾斜表面70b與套爪卡盤主體68的一個內傾斜表面68a分離，從而使卡盤部分70沿著箭頭C的方向變寬，且相應地凹槽70c變寬。因此，透鏡保持部件10能夠被裝到卡盤部分70上。
相反地，如圖12所示，當轉動轉軸62被手動槓桿(未顯示)向上推出時，拉杆72的下端與止動器74分離，且卡盤部分70被向下偏置拉杆72的一個彈簧(未顯示)的力拉入套爪卡盤主體68。因此，套爪卡盤主體68的內傾斜表面68a與卡盤部分70的傾斜表面70b鄰接，從而關閉卡盤部分70。相應地，卡盤部分70的凹槽70c也被關閉，從而使透鏡保持部件10被卡盤部分70卡住和固定。
如上所述，根據上述實施例，提供了一種加工期間的光學元件保持方法，用於在光學元件的加工期間用保持部件保持諸如透鏡的光學元件，其特徵在於當要用粘合劑把光學元件保持在保持部件的光學元件保持位置時，被保持在保持位置的光學元件與保持部件之間的空間與外界空氣連通。藉助這種方法，當透鏡保持空間中的空氣在加熱透鏡保持部件從而使滯後被加到透鏡保持部件上的粘合劑軟化時被加熱時，透鏡附著位置的精度的誤差得到了防止，且能夠精確地加工透鏡。
根據上述實施例，還提供了一種光學元件固定方法，其特徵在於在保持部件上形成了環形帶狀突出部分和通氣孔，環形帶狀突出部分被加熱至粘合劑的軟化溫度，粘合劑被加到環形帶狀突出部分上，光學元件被壓在保持部件的突出部分上的粘合劑上且其將要被研磨或拋光加工的表面向上，以通過通氣孔釋放光學元件的下表面與保持部件之間的封閉空間中的被加熱的空氣，隨後光學元件轉動，且粘合劑被冷卻以把光學元件固定在保持部件上。因此，能夠獲得穩定的粘合方法。
根據上述實施例，還提供了一種光學元件保持工具，它是用於在諸如透鏡的光學元件加工期間藉助一種保持部件保持光學元件的部件，其特徵在於提供了一個通氣部分，通過該通氣部分，當將要用粘合劑把光學元件保持在光學元件保持位置時，保持在保持位置的光學元件與保持部件之間的空間與外界空氣連通。因此，加工性得到改善。
還提供了一種光學元件保持部件，它是用於把多個諸如透鏡的光學元件粘合到其安裝部分上的工具，從而通過研磨、拋光等加工光學元件，其特徵在於提供了用於藉助粘合保持各個光學元件的環形帶狀保持部分，用於各個光學元件的安裝部分具有通氣孔，且保持工具的轉軸部分具有與各個通氣孔連通的連通孔。因此，能夠獲得一種具有高產量的透鏡保持部件，它在製造多個透鏡時不會造成透鏡加工精度的變化。
當在用於光學元件的保持部件上形成了一個通氣孔且在粘合了光學元件之後關閉該通氣孔時，能夠防止光學元件材料被拋光/研磨液體所腐蝕。
本發明不限於上述實施例，且在本發明的精神和範圍之內可進行各種改變和修正。因此，本發明的公開範圍由所附權利要求書確定。
權利要求
1．在諸如透鏡的光學元件加工期間藉助一種保持部件在加工期間保持光學元件的光學元件保持方法，其特徵在於當將要用粘合劑把光學元件保持在上述保持部件的光學元件保持位置時，被保持在保持位置的光學元件與所述保持部件之間的一個空間與外界空氣連通。
2．一種光學元件固定方法，其特徵在於在保持部件上形成了一個環形帶狀突出部分和一個通氣孔，所述環形帶狀突出部分被加熱到粘合劑的軟化溫度，該粘合劑被加到所述環形帶狀突出部分上，光學元件被壓在所述保持部件的所述突出部分的粘合劑上，且其將要研磨或拋光加工的表面向上，以通過通氣孔釋放在光學元件的下表面與所述保持部件之間的封閉空間中的空氣，隨後，光學元件被轉動，且粘合劑得到冷卻以把光學元件固定在所述保持部件上。
3．一種光學元件保持工具，它是用於在諸如透鏡的光學元件的加工期間用保持部件保持光學元件的部件，其特徵在於通過提供一種通氣部分，當用粘合劑把光學元件保持在所述保持部件的光學元件保持位置時，被保持在保持位置的光學元件與所述保持部件之間的一個空間與外界空氣連通。
4．一種光學元件保持部件，它是用於把諸如透鏡的多個光學元件粘合到其安裝部分上從而使光學元件得到研磨、拋光等加工的工具，其特徵在於通過提供用於藉助粘合保持各個光學元件的環形帶狀保持部分，所述用於各個光學元件的安裝部分具有通氣孔，且所述保持工具的一個轉軸部分具有連通孔以與各個通氣孔連通。
5．一種光學元件保持方法，其特徵在於當把所要加工的光學元件粘合和固定到一個元件保持部件上，並把光學元件安裝到研磨或拋光單元上以加工該光學元件時，所述元件保持部件被加熱以軟化粘合劑，且當所要加工的光學元件將要被粘合到所述元件保持部件上時，在所述元件保持部件與所要加工的光學元件之間的一個封閉空間中的高溫氣體得到排放。
6．加工光學元件的光學表面的一種光學元件加工方法，其特徵在於形成了一個孔，通過該孔，當用粘合劑把光學元件保持在一個保持部件上時，所述保持部件和被所述保持部件保持的光學元件彼此連通，且在光學元件被粘合保持之後，該孔被關閉且光學元件得到加工。
7．一種光學元件加工方法，其特徵在於一種光學元件被具有一個通氣孔的一種保持部件所固定和保持，隨後通氣孔關閉且一種工作流體被提供給光學元件的光學表面以加工該光學表面，且隨後所述保持部件被加熱以釋放被粘合固定的光學元件。
全文摘要
本發明的目的是當將要加工的透鏡通過加熱透鏡保持部件而被用粘合劑粘合固定到透鏡保持部件上時保證粘合位置的精度。在光學元件的加工期間用保持部件保持諸如透鏡的光學元件的一種光學元件保持方法的特徵在於,當要用粘合劑把光學元件保持在保持部件的光學元件保持位置時,保持在保持位置的光學元件與所述保持部件之間的空間與外界空氣連通。藉助這種方法,防止了透鏡附著位置的精度的誤差,且透鏡能夠得到準確的加工。
文檔編號C03C19/00GK1297802SQ00128330
公開日2001年6月6日 申請日期2000年11月24日 優先權日1999年11月25日
發明者矢野敦 申請人:佳能株式會社